回顾：2020年军工物资领域十大大事 – 3D打印行业资讯网

2020年是不平凡的一年，新冠疫情肆虐全球，给工业生产和科技发展带来前所未有的挑战，全球经济增长明显放缓。尽管如此，军用材料技术仍然保持快速发展态势，为武器装备发展提供源源不断的创新动力。两年来，我们连续推出《国外军用材料技术重大发展趋势》，通过回顾一年来军用材料领域的十件大事，观察行业发展动态，研判未来军用材料发展趋势，给读者和科研人员以启发，提供讨论平台。两年来，这项工作取得了良好的反响。2020年，复合材料、金属等结构材料、防弹、密封等功能材料无论是在装备应用还是前沿探索上都表现不俗；电子信息功能材料与制造技术不断发展； 计算材料科学与人工智能技术形成合力，加速高熵合金、新型超硬合金等新材料的发现。

2021年1月19日，中国航空工业发展研究中心在京组织专家开展“2020年国外军用材料重大趋势”评选工作，按照重大性、先进性、引领性、基础性四项原则，从高性能金属材料、先进复合材料、特种功能材料、电子信息功能材料、关键原材料等五大领域共80个发展趋势中，遴选出下述十大重大技术趋势，供决策机构、科研机构和读者参考。

一，3D 打印技术成为降低复合材料成本的重要途径

纤维增强树脂基复合材料性能优异，但制造工艺复杂，成本较高。3D 打印它可以减少人工和加工成本，以更节能、更快速、更可靠的方式制造复合材料，同时减少结构缺陷。此外，3D打印不再需要特殊的工具或模具，可以直接制造任意形状的纤维增强复合材料，从而取代了更为复杂、耗时且昂贵的传统制造技术。随着技术的不断成熟，3D打印技术正在推动复合材料性能与成本最优组合的实现。

图1 荷兰Brightlands材料中心开发出具有自感知功能的3D打印复合材料试件（图片来源：Brightlands）

3D打印技术推动了结构功能一体化复合材料的制造。2020年4月，荷兰Brightlands材料中心利用3D打印技术开发出一种碳纤维增强复合材料部件，利用测量结构变形引起的阻力变化的特性实现了材料的“自感知”功能，为实现飞机结构健康监测（SHM）能力创造了条件。3D打印技术可以非常精确地定位和定向连续碳纤维，因此，纤维被嵌入到产品结构内部选定的方向和位置，使其能够沿着特定的载荷路径提供所需的强度和刚度，同时还起到结构监测“传感器”的作用。多根纤维可以在整个部件中形成一系列不同类型的传感器。这些纤维“传感器”在试验过程中监测和收集结构载荷的变化，并提供信息的实时反馈，以方便优化3D打印结构设计。该研究成果对飞机结构健康监测具有重要意义，也有望进一步减轻飞机结构的重量，提高飞行效率。

图2 特拉华大学研究人员设计的新型3D打印方法示意图。加热装置接触碳纤维并沿碳纤维移动，产生动态温度梯度，从而触发分布的液态聚合物注入碳纤维结构并凝固。（图片来源：特拉华大学）

连续碳纤维3D打印技术取得突破。热塑性复合材料和非连续短切纤维复合材料近年来已成功实现3D打印，但由于结构组成的原因，得到的3D打印复合材料通常力学性能较差，使用温度较低。连续碳纤维与热固性聚合物组成的3D打印复合材料可以提供更好的力学性能和热稳定性，这在过去由于技术限制而无法实现。2020年9月，美国特拉华大学开发出一种新型局部平面热辅助3D打印技术，首次实现了连续碳纤维3D打印，并可与热固性聚合物结合，以低成本和灵活性制造复合材料。局部平面热辅助3D打印技术通过精确控制碳纤维的温度来控制固化成所需形状的液态聚合物的厚度和固化程度，无需后固化。与需要数十小时固化的传统复合材料工艺相比，节省了大量的时间、成本和能耗。 此外，研究团队还开发了机器人系统，包括独特的关节和自动机械臂，以满足不同形状结构的制造需求。局部平面热辅助3D打印可以为许多行业提供快速、节能的制造方法。